数控车床直柄钻头夹具的设计

【摘 要】在我国当今机械加工领域中，所使用的数控车床绝大部分属于经济型数控车床。此类数控车床虽然比较经济实惠，但普遍使用四工位立式刀架，受刀架工位而没有设置专门用于安装钻头的刀位。本文详细介绍了根据生产中的需要设计的钻孔刀夹夹具及钻孔刀夹夹具加工工艺。此钻孔刀夹夹具的运用，能方便、准确地把钻头安装在数控车床刀架上。根据钻孔刀夹夹具在经济型数控车床（特别针对四工位数控刀架）在批量生产中与使用尾座加工的对比，明显提高了生产效率，并大大降低了工人的劳动强度。 【关键词】钻孔刀夹；弹簧夹筒；生产效率；加工 0 引言

目前在我国机械加工领域中使用的数控车床大部分都是经济型数控车床，特别是在私营企业、国有小企业、教学单位和西部落后地区使用的数控车床90%以上为经济型数控车床，并且有一部分数控车床还是用普通车床改装而成。这些数控车床都是使用四工位立式数控刀架，机床的局限性造成钻头装夹时定位精度不高，难以达到加工要求，把钻头准确定位并装夹在此类数控车床的刀架上就成为一个技术难点。在此类数控车床上完成钻孔加工，普遍是将钻头安装在车床尾座上，用手工操作完成加工。使用这种方法钻孔，在批量生产时，其生产效率低下，工人的劳动强度大，加工质量难以保证。

1 数控车床钻头夹具的设计

1.1 专用钻头夹具设计要求与设想 1.1.1 专用夹具设计的基本要求 ①可以保证工件稳定的加工精度； ②确保安装、加工工件时操作安全；

③装夹操作要省时、省力和方便。在结合经济性的情况下，尽量采用气动、高效自锁机构等自动化夹紧装置，提高装夹速度； ④应具有良好的结构工艺性。 1.1.2 数车钻头夹具设计的设想

数控车床在加工过程中，刀架的动作是根据零件的轮廓轨迹和加工工艺要求，通过编程由数控系统进行自动控制。根据数控车床刀架的特点，设计一种专用夹具，让钻头或铰刀等刀具安装在车床的刀架上，即可实现对钻头或铰刀等刀具的可编程控制，从而扩展了车床的使用范围，大大降低了工人的操作劳动强度，提高工件的加工精度和生产效率。

1.2 拟定数车钻头夹具的结构方案

1.2.1 确定刀具（钻头）的定位方案，选择定位方法和定位元件 在行业当中，为便于专业化生产，钻头的结构、尺寸已标准化。兼顾到大部分机床的安装使用，通常直径小于16mm的钻头做成直柄，直径大于16mm的钻头做成锥柄。本文夹具针对的是直柄钻头（如图1所示），所以应当选择刀柄外圆柱表面为定位基准，采用定心夹紧装置为定位元件。

1.2.2 确定刀具（钻头）的夹紧方式，设计夹紧装置

根据钻头在加工中钻头轴线必须与被加工孔的旋转轴线重合的特点，以及数控机床对夹具具有可靠的夹紧力、较高的定位精度、较强的刚性、结构简单、便于迅速和方便安装刀具、夹具在机床上迅速和方便安装等要求，采用已标准化的弹簧夹筒（即普通铣床上的铣刀弹簧夹筒，如图2所示）较合理。此加紧装置是利用弹簧夹筒的弹性变形将钻头定心并夹紧而完成定位的，可以满足夹具设计的要求，适应不同规格的直柄钻头。 1.3 弹簧夹筒钻孔夹具的结构设计 1.3.1 弹簧夹筒的结构设计

弹簧夹筒是该夹具中的主要元件，根据其构造特点，选择弹簧夹筒7：24的外圆锥表面为定位基准，夹具采用7：24的内圆锥表面作为定位元件。工作原理如图3所示，当转动六角螺栓时，使得弹簧夹筒向右移动，在夹具体内圆锥表面的作用力下，弹簧夹筒的锥体部分收缩，最终使得钻头定心夹紧。

弹簧夹筒钻孔夹具在使用过程中，内圆锥表面是实现钻头定心和夹紧的主要工作表面，要求具有良好的耐磨性能，应淬硬50～55hrc，表面粗糙度ra1.6μm。在弹簧夹筒刀柄槽滑过防转销，为了避免弹簧夹筒在使用过程，圆锥小端与夹具内圆锥孔小端发生不正常的干涉，在内圆锥孔与内圆柱孔之间加段过渡孔。 1.3.2 夹具体刀把的结构设计

经济型数控车床的刀架采用的是一种简单的四工位自动换刀设备，且只能安装普通方型刀把，不能安装回转体刀柄的刀具，所以

该夹具外形应做成方型，并按车床的中心高能保证内圆锥孔轴线到夹具底面基准表面a的高度为20±0.005mm。考虑夹具能够安装在车床刀架上，结合刀架的实际结构，将刀夹设计为宽36mm，高38mm（夹具总装配如图3所示）。 2 钻头夹具的使用方法

2.1 刀具（钻头）的对刀和夹具的安装方法

钻头在垂直方向上的中心高，由夹具的本身结构尺寸保证，钻头在水平方向上的同心度，由夹具φ44±0.005mm的外圆尺寸与间接的工件外圆尺寸d值及a值。通过对刀，综合得到数控车床x方向的对刀偏差值以确定。为了保证钻头轴线在使用时与工件轴线同轴，还需保证夹具安装时，安装基准面b与车床轴线平行（可使用百分表校正）。 2.2 夹具的使用说明

2.2.1 本夹具适用于无尾座运动控制功能的经济型数控车床，如：cjk6132a型。

2.2.2 适用于孔径小于16mm的钻孔，扩孔，铰孔等场合，并且对孔的同轴度精度要求为≥0.04mm。

2.2.3 本夹具类似普通车刀一样安装在车床刀架上，安装时保证中心高，并用百分表校正钻头轴线与车床主轴轴线的平行度。 2.2.4 采用定点对方法对刀，这种对刀方法的优点是对刀精度高。钻头在安装完毕之后与其他刀具一样还要进行对刀才能使用，钻头常用对刀方法有以下三种（z轴方向对刀比较容易完成，此处

不作详述）：

①目测对刀法。移动钻头用眼睛观测，当观察到钻头中心与工件旋转中心一致后，设置钻头x方向的刀补。这种对刀方法适用于加工精度不高的情况下使用。

②定点对刀法。跟其他刀具对刀类似，移动钻头使钻头的棱边轻轻接触到试车过的外圆处，然后设置钻头x方向的刀补（注意应加上钻头的直径值）。

2.2.5 钻孔。钻孔编程举例如下（以gsk980t系统为例）： 2.2.6 换刀。在钻头磨损需刃磨或更换时，把螺栓松开卸下钻头（见图3），此时钻夹仍固定在刀架上，然后把新钻头插入钻夹弹簧夹筒把螺栓拧紧，对z方向重新对刀即可使用。 2.2.7 夹具使用的局限性

①因受刀架装刀位置高度尺寸的影响，钻夹的锥孔不能做得太大，故不能使用直径大的钻头。

②钻头装夹时的定位精度受刀架精度影响，在钻深孔时，仍需要根据试钻情况对钻头进行微调。 3 总结

通过生产实践的检验，在普通卧式数控车床上使用φ14直柄钻头，分别采用尾座和本文所设计的夹具进行进行多次钻孔试验（孔深为10-50mm），对两种方法的孔径、内孔与外圆的同轴度进行检测所得数控显示两者精度均在10至12公差等级范围内（钻孔公差等级可以达到10至13级）。此钻头夹具在实际加工作用过程中已经

可以实现钻孔精度稳定保持在10至12的公差等级，且钻头的使用寿命不受影响。

实践证明，该钻孔刀夹具具有结构简单、方便实用、安全高效等优点，在批量生产中明显提高了生产效率，大大降低工人的劳动强度。

【参考文献】

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